區(qū)塊鏈擴(kuò)容的側(cè)鏈技術(shù)是什么

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基礎(chǔ)概念

側(cè)鏈協(xié)議本質(zhì)上是一種跨區(qū)塊鏈解決方案。通過這種解決方案，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)從第一個區(qū)塊鏈到第二個區(qū)塊鏈的轉(zhuǎn)移，又可以在稍后的時間點(diǎn)從第二個區(qū)塊鏈安全返回到第一個區(qū)塊鏈。其中第一個區(qū)塊鏈通常被稱為主區(qū)塊鏈或者主鏈，每二個區(qū)塊鏈則被稱為側(cè)鏈。側(cè)鏈協(xié)議被設(shè)想為一種允許數(shù)字資產(chǎn)在主鏈與側(cè)鏈之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的方式，這種技術(shù)為開發(fā)區(qū)塊鏈技術(shù)的新型應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)打開了一扇大門。02—產(chǎn)生背景

2012年，在比特幣聊天室中，首次出現(xiàn)了關(guān)于側(cè)鏈概念的相關(guān)討論。當(dāng)時比特幣的核心開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在考慮如何可以安全的升級比特幣協(xié)議，以增加新的功能，但是直接在比特幣區(qū)塊鏈上進(jìn)行功能添加比較危險(xiǎn)，因?yàn)槿绻鹿δ茉趯?shí)踐中發(fā)生軟件故障，則會對現(xiàn)有的比特幣網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重影響。另外，由于比特幣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性，如果進(jìn)行較大規(guī)模的改動，還需要獲得多數(shù)比特幣礦工的支持。這時，比特幣核心開發(fā)者便提出了側(cè)鏈方案。這種技術(shù)允許開發(fā)人員將新功能附加在其他的區(qū)塊鏈，但是這些區(qū)塊鏈仍然附著在現(xiàn)有比特幣區(qū)塊鏈上。這些區(qū)塊鏈中新功能可以充分利用現(xiàn)有比特幣的網(wǎng)絡(luò)特性，而不會對現(xiàn)有的比特幣網(wǎng)絡(luò)造成危害。

通過側(cè)鏈，可以在主鏈的基礎(chǔ)上，進(jìn)行交易隱私保護(hù)技術(shù)、智能合約等新功能的添加，這樣可以讓用戶訪問大量的新型服務(wù)，并且對現(xiàn)有主鏈的工作并不造成影響。另外，側(cè)鏈也提供了一種更安全的協(xié)議升級方式，當(dāng)側(cè)鏈發(fā)生災(zāi)難性的問題時，主鏈依然安然無恙。03—實(shí)現(xiàn)方案

側(cè)鏈實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是雙向錨定(Two-way Peg)，通過雙向錨定技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)暫時的將數(shù)字資產(chǎn)在主鏈中鎖定，同時將等價的數(shù)字資產(chǎn)在側(cè)鏈中釋放，同樣當(dāng)?shù)葍r的數(shù)字資產(chǎn)在側(cè)鏈中被鎖定的時候，主鏈的數(shù)字資產(chǎn)也可以被釋放。雙向錨定實(shí)現(xiàn)的最大難點(diǎn)是協(xié)議改造需兼容現(xiàn)有主鏈，也就是不能對現(xiàn)有主鏈的工作造成影響，其具體實(shí)現(xiàn)方式可以分為以下幾類：

(一)單一托管模式

最簡單的實(shí)現(xiàn)主鏈與側(cè)鏈雙向錨定的方法就是通過將數(shù)字資產(chǎn)發(fā)送到一個主鏈單一托管方(類似于交易所)，當(dāng)單一托管方收到相關(guān)信息后，就在側(cè)鏈上激活相應(yīng)數(shù)字資產(chǎn)。這個解決方案的最大問題是過于中心化。圖1給出了以比特幣為主鏈的單一托管模式的工作原理示意圖：

(二)聯(lián)盟模式

聯(lián)盟模式是使用公證人聯(lián)盟來取代單一的保管方，利用公證人聯(lián)盟的多重簽名對側(cè)鏈的數(shù)字資產(chǎn)流動進(jìn)行確認(rèn)。在這種模式中，如果要想盜竊主鏈上凍結(jié)的數(shù)字資產(chǎn)就需要突破更多的機(jī)構(gòu)，但是側(cè)鏈安全仍然取決于公證人聯(lián)盟的誠實(shí)度。圖2給出了以比特幣為主鏈的聯(lián)盟模式的工作示意圖：

單一托管模式與聯(lián)盟模式的最大優(yōu)點(diǎn)是它們不需要對現(xiàn)有的比特幣協(xié)議進(jìn)行任何的改變。

(三)SPV模式

SPV(Simplified Payment Verification)模式是最初的側(cè)鏈白皮書《Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains》中的去中心化雙向錨定技術(shù)最初設(shè)想。SPV是一種用于證明交易存在的方法，通過少量數(shù)據(jù)就可以驗(yàn)證某個特定區(qū)塊中交易是否存在。在SPV模式中，用戶在主鏈上將數(shù)字資產(chǎn)發(fā)送到主鏈的一個特殊的地址，這樣做會鎖定主鏈的數(shù)字資產(chǎn)，該輸出仍然會被鎖定在可能的競爭期間內(nèi)，以確認(rèn)相應(yīng)的交易已經(jīng)完成，隨后會創(chuàng)建一個SPV證明并發(fā)送到側(cè)鏈上。此刻，一個對應(yīng)的帶有SPV證明的交易會出現(xiàn)在側(cè)鏈上，同時驗(yàn)證主鏈上的數(shù)字資產(chǎn)已經(jīng)被鎖住，然后就可以在側(cè)鏈上打開具有相同價值的另一種數(shù)字資產(chǎn)。這種數(shù)字資產(chǎn)的使用和改變在稍后會被送回主鏈。當(dāng)這種數(shù)字資產(chǎn)返回到主鏈上時，該過程會進(jìn)行重復(fù)。它們被發(fā)送到側(cè)鏈上鎖定的輸出中，在一定的等待時間后，就可以創(chuàng)建一個SPV證明，來將其發(fā)送回主區(qū)塊鏈上，以解鎖主鏈上的數(shù)字資產(chǎn)。SPV模式存在的問題是需要對主鏈進(jìn)行軟分叉。圖3給出了以比特幣主鏈的SPV模式的工作流程示意圖：

(四)驅(qū)動鏈模式

驅(qū)動鏈概念是由Bitcoin Hivemind創(chuàng)始人Paul Sztorc提出的。在驅(qū)動鏈中，礦工作為‘算法代理監(jiān)護(hù)人’，對側(cè)鏈當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行檢測。換句話說，礦工本質(zhì)上就是資金托管方，驅(qū)動鏈將被鎖定數(shù)字資產(chǎn)的監(jiān)管權(quán)發(fā)放到數(shù)字資產(chǎn)礦工手上，并且允許礦工們投票何時解鎖數(shù)字資產(chǎn)和將解鎖的數(shù)字資產(chǎn)發(fā)送到何處。礦工觀察側(cè)鏈的狀態(tài)，當(dāng)他們收到來自側(cè)鏈的要求時，他們會執(zhí)行協(xié)調(diào)協(xié)議以確保他們對要求的真實(shí)性達(dá)成一致。誠實(shí)礦工在驅(qū)動鏈中的參與程度越高，整體系統(tǒng)安全性也就越大。如同SPV側(cè)鏈一樣，驅(qū)動鏈也需要對主鏈進(jìn)行軟分叉。圖4給出了以比特幣為主鏈的驅(qū)動鏈模式的工作流程示意圖：

(五)混合模式

上述所有的模式都是對稱的，而混合模式則是將上述獲得雙向錨定的方法進(jìn)行有效的結(jié)合的模式。由于主鏈與側(cè)鏈在實(shí)現(xiàn)機(jī)制存在本質(zhì)的不同,所以對稱的雙向錨定模型可能是不夠完善的?；旌夏Ｊ绞窃谥麈満蛡?cè)鏈?zhǔn)褂貌煌慕怄i方法，例如在側(cè)鏈上使用SPV模式，而在主鏈網(wǎng)絡(luò)上則使用驅(qū)動鏈模式。同樣，混合模式也需要對主鏈進(jìn)行軟分叉。

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